浅析某船中频静止电源故障与解决方案.pdf
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1、98材料与工艺 广东造船 2023 年第 3 期(总第 190 期)作者简介:杨书林(1988-),男,工程师。主要从事船舶质量检验工作。胡宇桐(1994-),男,助理工程师。主要从事船舶质量检验工作。收稿日期:2023-01-17浅析某船中频静止电源故障与解决方案杨书林,胡宇桐,马 奔(沪东中华造船(集团)有限公司,上海 200129)摘 要:中频静止电源装置作为动力系统及通讯导航等系统供电的电源,肩负着海上安全航行的重要任务。中频电源的发展,经历了从早期简易的中频发电机组到后来的可控硅式变频电源的过程,成为目前新一代变频电源装置,广泛应用于航空及军用电子电气设备。随着中频电源设备的不断升级
2、换代,对中频电源设备的安装及调试要求也越来越高,由此引发的故障现象也日益频繁。本文着重对中频静止电源装置的典型故障进行分析并给出解决方案,为后续解决相关设备故障问题提供参考。关键词:中频静止电源;IGBT;驱动板;变压器中图分类号:U665.1 文献标识码:AAnalysis of MF Static Power Supply Fault and Solution YANG Shulin,HU Yutong,MA Ben(Hudong Zhonghua Shipbuilding(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200129)Abstract:As the power suppl
3、y of power system,medium frequency static power supply device shoulders the important task of safe navigation at sea.The development of medium frequency power supply has experienced a process from the early simple medium frequency generator set to the later silicon-controlled type frequency conversi
4、on power supply.Now,through the efforts of researchers,it has become a new generation of variable frequency power supply device,which has been widely used in aviation and military electronic and electrical equipment.However,with the continuous upgrading of medium frequency power supply equipment,the
5、 installation and debugging requirements of medium frequency power supply equipment are becoming higher and higher,and the resulting fault phenomenon is also frequent.This paper focuses on the analysis of the typical faults of medium frequency static power supply devices,proposes solutions,and provi
6、des some reference for the subsequent solution of related equipment fault problems.Key words:Medium Frequency Static Power Supply;IGBT;Drive Board;Transformer1 前言本文阐述的中频电源是一种静止变频装置,作用是将三相工频电源变换成单相电源,其特点是对各种负载适应力强、适用范围广。其工作原理是采用三相桥式全控整流电路,将交流电整流为直流电,经电抗器平波后成为直流电源,再经单相逆变桥把直流电流逆变成一定频率的单相中频电流。2 某船故障情况(1
7、)某船中频静止电源正常启动且空载运行正常,在运行 3 分钟后,发现该中频静止电源上级 380 V 断路器跳闸,然后将二次电源断路器、面板分闸旋钮分闸后,重新合上上级 380 V 断路器,再合闸二次电源断路器,设备出现以下两个故障:高频整流硬件一级过流;C 相报 IGBT 故障。通过检查,发现 C 相 12 号 IGBT 驱动板电源线及光纤未连接,查看发现 C 相 12 号 IGBT 已烧坏,且对应复合母排也有烧黑。(2)准备负载测试时,8#中频电源上电后出现 C相 IGBT 故障,表现为驱动板返回光纤不发光。(3)启机空载运行,确认输出空载正常,面板温度显示温度正常;8 点 30 分带载(逐级
8、加载至 60 kVA,功率因数 0.8 工况),加载途中无异常;运行 60 99GUANGDONG SHIPBUILDING 广东造船 2023 年第 3 期(总第 190 期)材料与工艺kVA、功率因数 0.8 工况将近 20 min,闻到有类似油漆气味,一缕白烟从柜子排风口飘出,此时面板无任何报警,查看温度显示界面,A 相和 B 相变压器温度 50、C 相变压器 70、散热器 50、柜内空气温度将近 40;停机断电打开柜门查看,发现 C 相变压器冒烟,用手触摸连接变压器的软铜排和变压器对比,变压器左侧烫手。3 故障原因分析3.1 IGBT 故障原因分析针对上述情况,本次故障可确认为 IGB
9、T 损坏引起的故障。根据控制器的工作原理,造成 IGBT 损坏的原因可归结为:短路损坏;驱动回路故障导致上下管直通,IGBT 损坏;过热损坏;IGBT 个体失效。(1)短路损坏结合此前上级 380 V 断路器跳闸现象,用 500 V兆欧表测输入、输出电缆绝缘,输入对地绝缘 100 M左右,输出对地绝缘 9.8 M 左右,未发现异常。还有一种可能是柜体未清理干净,内部存在导电杂质,在风机的吹动下导致直流正负极之间短路。由于经常性地对柜体进行卫生清理,且在问题发生后对柜体内部进行检查未发现有任何杂质,故此种原因可以排除。(2)驱动回路导致 IGBT 损坏驱动回路导致 IGBT 损坏,主要有以下几种
10、情况:驱动回路存在隐患,硬件保护在运行过程中的某种工况下会产生误保护,使 IGBT 驱动脉冲丢失和形成窄脉冲,导致 IGBT 损坏烧毁。该驱动板是比较成熟的产品,经过我们对产品的长期验证,该种原因基本可以排除;驱动电源线松动,导致驱动电阻增大,开通电压 15V 偏低,可能会导致 IGBT 无法完全导通,增加IGBT功率损耗,导致IGBT损坏。之前,在测绝缘过程中,发现 C 相 12 号 IGBT 驱动板电源线及光纤未连接,因此 IGBT 驱动板电源线存在松动可能性。但理论上该驱动板电源端子带锁扣装置,不存在松动可能,因此该项原因也基本可以排除。(3)过热损坏当运行中的 IGBT 模块结温超过了
11、晶片的最大温度承受上限,会造成模块因为过热而损坏。当前船舶普遍使用的最高结温为 150 的 IGBT 器件,因此在 IGBT 模块应用中其结温应限制在 150 以下。由于发生故障时为空载工况,过热损坏基本可以排除。(4)IGBT 个体失效IGBT 作为半导体器件,本身在静电、湿热环境等影响下存在失效可能,从而引起 IGBT 损毁。根据上述排查结果,上述(1)(2)(3)原因不会导致此次故障产生。同时,本次故障型号 IGBT共计在中频静止电源中使用 450 个,均严格通过了厂内功率单元测试、出厂试验、系泊试验等,使用性能已趋于稳定,故本次中频电源故障确定为(4)IGBT个体失效。3.2 驱动板故
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